JP2018166318A - 海上における通信ネットワーク構築方法および通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】海上を航行する複数艘の船からなる船舶群において、地上の基地局との通信可能圏外にある船舶でも基地局と通信可能にする。
【解決手段】海上２を航行する自船（船舶１Ａ）と複数艘の他船（１Ｂ〜１Ｇ）からなる船舶群の各船舶１Ａ〜１Ｇにそれぞれ搭載された無線データ通信用の通信端末によって、自船１Ａから基地局２００に通信するための通信ネットワーク構築方法であり、自船１Ａの通信端末が、他船のうちの少なくとも基地局２００と通信可能な圏内２００ａに存在する船舶１Ｇを含む船舶１Ｂ〜１Ｇの通信端末１２０との間で通信ネットワークを構築して相互に通信可能な通信路を確立すると共に、自船１Ａの通信端末はその確立された通信路を介して基地局２００と通信する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、海上における通信ネットワーク構築方法および通信端末に関する。

船舶、特にモーターボートなどの小型船舶が海上を航行する際に、クラウドなどのサーバにアクセスして、自船の航行状況の情報を送信（アップロード）したり、航行に必要な情報を取得（ダウンロード）したりすることが望まれる。その場合、船舶に搭載した無線ＬＡＮ等の無線データ通信用の通信端末から、陸上の基地局（アクセスポイント）を経由してサーバにアクセスすることになる。

しかし、海上に基地局を設置するのは困難であるため、海上を航行する船舶は通信可能圏外になってしまうことが多い。そのため、電波強度の強い無線通信端末を使用するか、陸地に近づいて、基地局との通信可能圏内に入ってからサーバにアクセスするなどの手法をとっていたが、コスト高になるか、データのリアルタイム性に欠けるなどの問題があった。大型船では衛星電話を使用することが多いが、さらにコスト高になるため、小型船舶では使用できない。

ところで、複数の通信端末の間でグループ通信を行う通信方法としては、特許文献１に記載の技術がある。その技術は、自由に移動する多数の通信端末のうち、電波の到達範囲内にある隣り合った通信端末間で通信路を形成することを順次行なって、各通信端末が隣接する通信端末を中継点としてグループ内の他の任意の通信端末と通信可能なネットワークを形成するものである。

特許第３４３７９９０号公報

特許文献１に記載の技術は上記のように構成することで、基地局を用いずに、グループ内の各通信端末が他の通信端末とオンデマンド型の通信を行うことを可能にしている。しかしながら、これは街中などの陸上で一時的に集合する通信端末間でデータの送受信を行うための方法であり、海上を航行する複数の各船舶と陸上の基地局を経由したクラウド等のサーバとの通信に適用することはできない。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、海上を航行する複数艘の船からなる船舶群において、地上の基地局との通信可能圏外にある船舶でも基地局と通信可能にするための、海上における通信ネットワーク構築方法、およびそれに使用する通信端末を提供することにある。なお、この明細書中でいう「海上」には「湖上」も含む。

上記した課題を解決するため、この発明にあっては、海上を航行する自船と複数艘の他船からなる船舶群の各船舶にそれぞれ搭載された無線データ通信用の通信端末によって、前記自船から陸上の基地局に通信するための通信ネットワーク構築方法であって、前記自船の前記通信端末が、前記他船のうちの少なくとも前記基地局と通信可能な圏内に存在する船舶を含む船舶の前記通信端末との間で通信ネットワークを構築して相互に通信可能な通信路を確立すると共に、前記自船の通信端末は前記確立された通信路を介して前記基地局と通信する如く構成した。

この発明の実施形態に係る海上における通信ネットワーク構築方法を実施する船舶である小型船舶の例を斜め後方から見た外観斜視図である。 図１の船舶に搭載される船外機の（部分断面）拡大側面図である。 図２の船外機の要部説明図である。 この発明の実施形態に係る海上における通信ネットワーク構築方法を説明するための概念図である。 図１の船舶に搭載される通信端末のハード構成例を示すブロック図である。 図５における無線通信部の機能構成を示すブロック図である。 図５および図６に示した通信端末によるこの発明に係る動作の流れを示すフロー・チャートである。 位置情報推測の一例を説明する説明図である。 位置情報推測の他の例を説明する説明図である。

以下、添付図面に即してこの発明の実施形態に係る海上における通信ネットワーク構築方法および通信端末を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施形態に係る海上における通信ネットワーク構築方法を実施する船舶である小型船舶の例を斜め後方から見た外観斜視図、図２は図１の船舶に搭載される船外機の（部分断面）拡大側面図、図３はその船外機の要部説明図である。

図１において符号１はいわゆるモーターボートと呼ばれる小型船舶を示す。尚、この明細書で「小型船舶」は、具体的には総トン数２０トン未満の船舶を意味する。

図１に示す小型船舶（以下「船舶」と略称）１は２基の船外機１０を船体１２（あるいは船舶１）の船尾１２ａに搭載してなる、いわゆる２基（偶数基）掛けの船舶である。図１では、進行方向左側（左舷側）の船外機を「第１船外機１０Ａ」として添え字Ａを付し、進行方向右側（右舷側）の船外機を「第２船外機１０Ｂ」として添え字Ｂを付して括弧内に示す。しかし、第１船外機１０Ａと第２船外機１０Ｂは同一構造の船外機であるため、以下、添え字Ａ，Ｂの付記を省略し、いずれも船外機１０として説明する。

船外機１０は、図１と図２に示すように、スイベルケース１４とチルティングシャフト１６によってスターンブラケット１８を介して船体１２の船尾１２ａに取り付けられる。尚、船体１２（あるいは船舶１）の船首を符号１２ｂで示す。

船外機１０はマウントフレーム２０とスイベルシャフト２２を備え、スイベルシャフト２２がスイベルケース１４の内部に鉛直軸回りに回転自在に収容されることで、船外機１０は船体１２に対して鉛直軸回りに回転自在に構成される。マウントフレーム２０は、その上端と下端が船外機１０の本体を構成するフレーム（図示せず）に固定される。

スイベルケース１４の付近には、スイベルシャフト２２を駆動する操舵用電動モータ２４と、船外機１０の船体１２に対するチルト角およびトリム角を調節するパワーチルトトリムユニット２６が配置される。操舵用電動モータ２４の出力軸は減速ギヤ機構２８を介してマウントフレーム２０の上端に接続される。即ち、操舵用電動モータ２４の回転出力が減速ギヤ機構２８を介してマウントフレーム２０に伝達され、よって船外機１０はスイベルシャフト２２を操舵軸として左右に鉛直軸回りに操舵自在に構成される。

パワーチルトトリムユニット２６は、チルト角調整用の油圧シリンダ２６ａとトリム角（船体１２の幅方向の水平軸であるピッチ軸（ｘ軸）回りの船外機１０の回転角）調整用の油圧シリンダ（トリムアクチュエータ）２６ｂを一体的に備えている。そして、油圧シリンダ２６ａ，２６ｂに作動油を供給（あるいはそれから排出）して伸縮させることによって、スイベルケース１４がチルティングシャフト１６を回転軸として鉛直軸に直交する水平軸（ピッチ軸）回りに回転される。それによって、船外機１０はチルトアップ・ダウンあるいはトリムアップ・ダウン自在に構成される。

船外機１０の上部には、エンジン（内燃機関）３０が内蔵（搭載）される。エンジン３０は火花点火式の水冷ガソリンエンジンからなる。エンジン３０は水面上に位置し、エンジンカバー３２によって覆われる。

エンジン３０の吸気管３４には、スロットルボディ３６が接続される。スロットルボディ３６はその内部にスロットルバルブ３８を備えると共に、スロットルバルブ３８を開閉するスロットル用電動モータ（スロットルアクチュエータ）４０が一体的に取り付けられる。

スロットル用電動モータ４０の出力軸はスロットルボディ３６に隣接して配置された減速ギヤ機構（図示せず）を介してスロットルバルブ３８に接続され、スロットル用電動モータ４０を動作させることでスロットルバルブ３８が開閉され、エンジン３０の吸気量が調量されてエンジン回転数が調節される。

船外機１０は、鉛直軸と平行に配置されて回転自在に支持されるドライブシャフト（バーチカルシャフト）４２と、エンジン３０とドライブシャフト４２の間に介挿されるトルクコンバータ４４と、ドライブシャフト４２に取り付けられて作動油を吐出する油圧ポンプ４６と、作動油を貯留するリザーバ５０を備える。

油圧ポンプ４６はエンジン３０で駆動され、リザーバ５０から作動油を汲み上げ、エンジン３０の潤滑部と、パワーチルトトリムユニット２６の油圧シリンダ２６ａ，２６ｂと、トルクコンバータ４４のロックアップ機構４４ａなどに作動油を供給する。

船外機１０内には、エンジン３０によって回転されるドライブシャフト４２の下端部に、ベベルギヤ機構を含むシフト機構５４を介して回転されるプロペラシャフト５６が、船体１２の進行方向に対して略平行になるように、水平軸回りに回転自在に支持されている。ドライブシャフト４２の上端には、エンジン３０のクランクシャフト５２がトルクコンバータ４４を介して接続される。プロペラシャフト５６は、パワーチルトトリムユニット２６の初期状態において、その軸線５６ａが船体１２の進行方向に対して略平行となるように配置される。そのプロペラシャフト５６の一端に、プロペラ６０が取り付けられている。

シフト機構５４は、ドライブシャフト４２に接続されて回転させられる前進ベベルギヤ５４ａと後進ベベルギヤ５４ｂ、プロペラシャフト５６を前進ベベルギヤ５４ａと後進ベベルギヤ５４ｂのいずれかに係合自在とするクラッチ５４ｃなどからなる。

エンジンカバー３２の内部にはシフト機構５４を駆動するシフト用電動モータ６２が配置され、その出力軸は、減速ギヤ機構（図示せず）を介してシフト機構５４のシフトロッド５４ｄの上端に接続自在とされる。シフト用電動モータ６２を駆動することにより、シフトロッド５４ｄとシフトスライダ５４ｅが適宜に変位され、それによってクラッチ５４ｃを動作させて、シフトポジションがフォワード、リバースおよびニュートラルの間で切り替えられる。

シフトポジションがフォワードあるいはリバースのとき、ドライブシャフト４２の回転はシフト機構５４を介してプロペラシャフト５６に伝達され、よってプロペラ６０は回転させられ、船体１２を前進あるいは後進させる方向の推力を生じる。シフトポジションがフォワードの時の船体１２の進行方向は、図２に矢示Ｐで示す方向である。尚、船外機１０はエンジン３０に取り付けられたバッテリなどの電源部（図示せず）を備え、各電動モータ２４，４０，６２の通電回路（図示せず）に動作電源が供給される。

ここで、センサ関係について図３を参照して説明すると、図２のスロットルバルブ３８の付近にはスロットル開度センサ６６が配置され、スロットルバルブ３８の開度（スロットル開度）を示す出力を生じる。図２のシフトロッド５４ｄの付近にはシフト位置センサ６８が配置されてシフトポジション（ニュートラル、フォワードおよびリバース）に応じた信号を出力すると共に、ニュートラルスイッチ７０も配置されて、シフトポジションがニュートラルであるときにオン信号を、フォワードあるいはリバースであるときにオフ信号を出力する。

図２のエンジン３０のクランクシャフト５２の付近にはクランク角センサ７４が取り付けられて、所定のクランク角度ごとにエンジン回転数に応じたパルス信号を出力する。また、ドライブシャフト４２の付近にはドライブシャフト回転数センサ７６が取り付けられ、ドライブシャフト４２の回転数に応じた信号を出力する。スイベルケース１４の付近にはトリム角センサ（回転角センサ）７８が配置され、船外機１０のトリム角に応じた出力を生じる。

また、船外機１０の適宜位置にはＧＰＳ（Global Positioning System）受信機８０が配置されて、衛星から送信される船舶１の位置を示すＧＰＳ信号を受信すると共に、方位センサ８２が配置されて船舶１の方位を示す出力を生じる。

上記した各センサやスイッチの出力は、船外機１０に搭載された電子制御ユニット（Electronic Control Unit：以下「ＥＣＵ」という）８４に入力される。ＥＣＵ８４はＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたマイクロ・コンピュータからなり、船外機１０のエンジンカバー３２の内部に配置（搭載）される。ＥＣＵ８４はＧＰＳ受信機８０の受信信号と方位センサ８２の出力に基づき、船舶１の現在位置と航行速度と方位とを検出する。

図１に示す如く、船体１２の操縦席９０の付近には、操船者によって回転操作自在なステアリングホイール９２が配置される。ステアリングホイール９２のシャフト（図示せず）には操舵角センサ９４が取り付けられ、操船者によって入力されたステアリングホイール９２の操舵角に応じた信号を出力する。

操縦席９０のダッシュボード９６には、操船者による操作自在に配置されるシフト・スロットルレバー９８が設けられる。シフト・スロットルレバー９８は、初期位置から前後方向に揺動操作自在とされ、操船者からのシフトチェンジ指示とエンジン回転数の調節指示を入力する。シフト・スロットルレバー９８の付近にはレバー位置センサ１００が取り付けられ、操船者によって操作されたシフト・スロットルレバー９８の位置に応じた信号を出力する。

操縦席９０付近には操船者に手動操作自在に設けられると共に、船外機１０のチルト角およびトリム角の調整指示を入力するパワーチルトトリムスイッチ１０２が配置され、操船者によって入力された船外機１０のチルトアップ・ダウンおよびトリムアップ・ダウンの指示に応じた信号を出力する。

さらに操縦席９０付近のダッシュボード９６には、航行速度などを表示する計器類とコンパスなどの航海用機器１０４が配置されると共に、ディスプレイ１０６が配置される。ディスプレイ１０６は、船舶１の左右（幅）方向をｘ軸（ピッチ軸）、進行方向をｙ軸（ロール軸）とするｘ，ｙ座標平面を示すスクリーンを備えると共に、そこにＧＰＳ受信機８０と方位センサ８２から得られた船舶１の位置と方位などが示される。

これら操舵角センサ９４、レバー位置センサ１００およびパワーチルトトリムスイッチ１０２の出力もＥＣＵ８４に入力される。ＥＣＵ８４は、上記したセンサやスイッチの出力に基づいて各電動モータの動作を制御し、パワーチルトトリムユニット２６を作動させてトリム角を調整する。

上記した船外機１０の説明は第１船外機１０Ａについてのものであるが、第２船外機１０Ｂについても妥当する。第１船外機１０ＡのＥＣＵ８４と第２船外機１０ＢのＥＣＵ８４は有線（図１に一点鎖線で示す）で接続され、相互に通信自在に構成される。

さらに、操縦席９０の付近のダッシュボード９６には、無線データ（デジタル信号）通信用の通信端末１２０が搭載される。この通信端末１２０は、この発明により海上における通信ネットワークを構築すると共に、その通信ネットワークによって地上の基地局と通信し、クラウド等のサーバにアクセスするための機能を有する。この通信端末１２０と船外機１０のＥＣＵ８４とは有線で接続され、相互に通信可能である。

この通信端末１２０は、比較的近距離（例えば、海上で数１００ｍ〜数ｋｍ程度）の無線データ通信を行うための通信端末であり、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズの規格による無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ，Zigbee等）や、ＩＥＥＥ８０２．１５．１規格のブルートゥース（登録商標）（Bluetooth（登録商標））あるいは拡張規格のBluetooth（登録商標）５等でデータ通信を行う通信端末である。したがって、衛星電話装置やアマチュア無線機のような短波の遠距離アナログ通信装置、および電波強度の強い無線端末等は含まない。通信可能距離は最大で３ｋｍ程度を想定する。

図４はこの発明の実施形態に係る海上における通信ネットワーク構築方法を説明するための概念図である。

図４に示す実施形態は、ボートタクシーやレンタルボートなどを想定しており、海上２の所定海域２ａ内で複数艘の船舶１Ａ〜１Ｇが自由に航行する。その各船舶１Ａ〜１Ｇは図１〜図３によって説明した船舶１と同様な小型船舶であるが、船外機が２基掛けの船舶に限るものではなく、１基掛けや３基掛けなどでもよい。その他の構成も前述のものに限らない。

各船舶１Ａ〜１Ｇには、それぞれ前述した無線データ通信用の双方向通信機能を持つ通信端末１２０を搭載している。一方、陸上４にはインターネットによるクラウド３００上のサーバ３１０にアクセスするための基地局２００が設置されている。しかし、通信端末１２０がその基地局２００と通信可能な圏内２００ａは、所定海域２ａの一部分しかカバーできない。

そこで、この発明を適用し、海上２を航行する自船と複数艘の他船からなる船舶群の各船舶１Ａ〜１Ｇにそれぞれ搭載された無線データ通信用の通信端末１２０（以下の説明では符号「１２０」の記載を省略する）によって、自船から陸上４の基地局２００と通信する通信ネットワークを構築する。

図４の例では、船舶群を構成する船舶１Ａ〜１Ｇのうち、船舶１Ｇのみが基地局２００と通信可能な圏内２００ａに在り、基地局２００から最も遠くに在る船舶１Ａが自船として、基地局２００と通信するための通信ネットワークを構築するものとする。

そこで、船舶１Ａの通信端末が基地局２００との接続を要求する接続要求コマンドをブロードキャストで送信する。図４ではその接続要求コマンドを破線矢印と丸付き数字「１」で示す。船舶１Ａ〜１Ｇの通信端末は、それぞれを識別するための固有のＩＤを有しており、接続要求コマンドには発信元の通信端末のＩＤを付加する。接続要求コマンドをブロードキャストで送信せずに、自船より陸上４に近い側にある近隣の船舶に対して（宛先を指定して）順次送信するようにしてもよい。

そして、その接続要求コマンドを受信できた他船（図４では船舶１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）の各通信端末（受信元）が、接続要求コマンドの送信元である船舶１Ａの通信端末に接続要求ＯＫのレスポンスを送信する。そのレスポンスにも受信元の通信端末のＩＤを付加する。図４ではその接続要求ＯＫのレスポンスを破線矢印と丸付き数字「２」で示す。

そのレスポンスを船舶１Ａの通信端末が受信することによって、船舶１Ａの通信端末と、船舶１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立する。図４ではそれを実線の両方向矢印と丸付き数字「３」で示す。

それと同時に、基地局２００との接続を要求する接続要求コマンドを受信した船舶１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの通信端末（受信元）が今度は発信元になって、基地局２００との接続を要求する接続要求コマンドを上記と同様に送信する。そして、船舶１Ｂの通信端末からの接続要求コマンドを受信できた船舶のうち、通信路を確立済である船舶１Ａ以外の船舶１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの各通信端末が、発信元である船舶１Ｂの通信端末に接続要求ＯＫのレスポンスを送信する。

その各レスポンスを船舶１Ｂの通信端末が受信すると、その船舶１Ｂの通信端末と、船舶１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの各通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立する。同様にして、船舶１Ｃの通信端末と船舶１Ｆの通信端末との間、および船舶１Ｄの通信端末と船舶１Ｅの通信端末との間にも相互に通信可能な通信路を確立する。それらの通信路の確立を、図４では実線の両方向矢印と丸付き数字「４」で示す。

さらに、基地局２００との接続を要求する接続要求コマンドを受信した船舶１Ｆの通信端末が今度は発信元になって、接続要求コマンドを上記と同様に送信する。それを船舶１Ｇの通信端末が受信して、発信元の船舶１Ｆの通信端末に接続要求ＯＫのレスポンスを送信する。それを船舶１Ｆの通信端末が受信すると、船舶１Ｆの通信端末と船舶１Ｇの通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立する。図４ではそれを実線の両方向矢印と丸付き数字「５」で示す。

このようにして、自船である船舶１Ａの通信端末が、他船のうちの少なくとも陸上の基地局２００と通信可能な圏内に存在する船舶１Ｇを含む船舶１Ｂ，１Ｆ，１Ｇの各通信端末との間でネットワークを構築して、相互に通信可能な通信路を確立する。図４ではそれを太い実曲線の両方向矢印と丸付き数字「６」で示す。そして、自船である船舶１Ａの通信端末は、その確立された通信路を介して陸上の基地局２００と通信し、さらにクラウド３００上のサーバ３１０にアクセスすることができる。図４ではそれを実線矢印と丸付き数字「７」「８」で示している。

なお、以下の説明においても、実際に通信を行うのは各船舶に搭載されている通信端末であるが、煩雑になるため「通信端末」を省略して、便宜上各船舶が通信するように説明する。

この実施形態では、上述したように通信ネットワークが構築され、それによって、船舶１Ａが、船舶１Ｂ，１Ｆ，１Ｇを中継点とする通信路を介して基地局２００と通信して、自船の現在位置と航行速度と方位や船外機１０の状態などの航行データをクラウド３００上のサーバ３１０にアップロードすることができる。また、船舶１Ａが、航行に必要な風や潮流などを含む気象情報や危険地点の情報などのデータをサーバ３１０に要求して、それらのデータをサーバ３１０からダウンロードすることもできる。

図４の例では、船舶１Ａから船舶１Ｃ，１Ｆ，１Ｇを中継点とする通信路、および船舶１Ｄ，（１Ｅ，）１Ｂ，１Ｆ，１Ｇを中継点とする通信路を介して基地局２００と通信することも可能である。また、この実施形態では、船舶群を構成する船舶１Ａ〜１Ｇの全てが、隣接する少なくとも１艘の船舶との間で相互に通信可能な通信路を確立し、すべての船舶が直接あるいは他の船舶を介して（中継点として）相互に通信可能なネットワークを構築している。したがって、どの船舶からも陸上の基地局２００と通信可能な圏内に存在する船舶１Ｇとの通信路を確立している。また、船舶１Ａ〜１Ｇの相互間の通信も可能である。

船舶１Ａ以外の船舶１Ｂ〜１Ｆのいずれかが自船となって通信ネットワークの構築を開始する場合も同様である。しかし、船舶群を構成する船舶１Ａ〜１Ｇの全ての間での通信路を確立することは必須ではない。少なくとも、自船と基地局２００と通信可能な圏内に存在する船舶１Ｇとの通信路を確立できればよい。

船舶群を構成する船舶の数は任意であり、それらが航行する所定海域２ａも任意の大きさである、船舶群を構成する各船舶は航行によって移動する。しかし、その所定海域２ａの一部は、基地局と通信可能な圏内２００ａにあり、その圏内２００ａに少なくとも１艘の船舶が常に存在する必要がある。その船舶は交代してもよい。

この実施形態では上述したように、海上２を航行する船舶群（船団）の各船舶がいずれもが基地局２００と通信可能になり、且つ各船舶間でも相互に通信可能な通信ネットワーク（船団ネットワーク）を構築することにより、次のような効果が得られる。

船舶が基地局２００と通信不可能な圏外の海域を航行していても、必要に応じて疑似圏内領域を作れるため、電波強度の強い無線端末を使用する必要がなく安価になり、陸地から離れていても、リアルタイムに基地局２００とデータの送受信が可能になる。また、自船から圏内船にアクセスするルートが複数できるため、データ転送速度を速くすることや、通信の冗長性および安定性を増すことができる。

周囲の船舶の進行方向および航行速度により、疑似圏内ができる領域を予測できるため、船団ネットワークから外れそうになったら注意を発報できる。あるいは外れないように船舶の航行速度および進路方向を制限することも可能である。また、基地局２００が通信するサーバ３１０が持つビックデータを活用して、船舶の自動航行を実現することも可能になる。

また、ある船でフェールセーフ（Ｆ／Ｓ）が働いたとき、近くの船が素早く救助に行ける。助け舟を出す場合、船団ネットワーク内だけで完結することが可能である。

船舶間で、スロットル開度、エンジン回転数、トリム値、ステアリング角度、潮流の向きなどのデータを交換しあうことができる。それによって、例えば、ある船舶のＴＡセンサ（吸気温センサ）などの入力デバイスが故障した場合、一番近い船舶の入力値を採用できるため、代替値の精度を高めることができる。

また、進路が同じ船舶に対して、先頭の船舶が潮流などの航行に影響する情報を与えることによって、適切な進路が分かる。データの受け渡し方は、データ群、時間群、船群などで、分けて送受信することも可能である。

次に、この発明を実施するために使用する通信端末について説明する。図５は図１の船舶に搭載される通信端末１２０のハード構成例を示すブロック図である。図６は図５における無線通信部１３０の機能構成を示すブロック図である。図７は図５および図６に示した通信端末１２０によるこの発明に係る動作の流れを示すフロー・チャートである。

通信端末１２０は図５に示すように、中央処理装置であるＣＰＵ１２２と、プログラムメモリであるＲＯＭ１２４およびデータメモリであるＲＡＭ１２６等によって、マイクロ・コンピュータを構成している。さらに、操作部１２８、無線通信部１３０および有線通信Ｉ／Ｆ１３２を備えており、それらがＣＰＵバス１３４によって互いに通信可能に接続されている。

操作部１２８は、操船者によって操作されるスイッチやキーなどと、通信端末１２０の動作状態などを表示する表示器を有している。無線通信部１３０はアンテナ１３０ａを有し、無線ＬＡＮ機能によって他の船舶の通信端末および基地局と無線データ通信をするためのユニットである。有線通信Ｉ／Ｆ１３２は、図１および図３に示した船外機１０のＥＣＵ８４と有線通信して、各種データを遣り取りするためのインターフェイスである。

この通信端末１２０における無線通信部１３０の機能構成について、図６によって説明する。無線通信部１３０は図６に示すように、コマンド送信部１３６、レスポンス受信部１３８、通信路確立部１４０、データ送受信部１４２、コマンド受信部１４４、およびレスポンス送信部１４６を備えており、それらが制御部１４８によって制御される。制御部１４８は、図５に示したＣＰＵ１２２とＲＯＭ１２４およびＲＡＭ１２６等からなるマイクロ・コンピユータの機能に相当する。

コマンド送信部１３６は、自船が通信ネットワークの構築を開始する場合に、基地局との接続を要求する接続要求コマンドを、通信可能範囲に在るどの船舶の通信端末でも受信できるようにブロードキャスト送信する。あるいは、自船より陸上４に近い側にある近隣の船舶に対して宛先を指定して順次送信してもよい。

また、コマンド受信部１４４が他船の通信端末から送信された接続要求コマンドを受信した場合にも、コマンド送信部１３６が同様に基地局との接続を要求する接続要求コマンドを送信する。それらの接続要求コマンドには、発信元となる自己のＩＤを付加する。

レスポンス受信部１３８は、コマンド送信部１３６が接続要求コマンドを送信した後、他船の通信端末から送信される接続要求ＯＫのレスポンスを受信する。そのレスポンスを受信すると、それに付加されているＩＤによってその送信元（接続コマンドの受信元）を判別して、通信路確立部１４０に通知する。通信路確立部１４０は、その送信元の船舶の通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立し、そのＩＤを記憶する。

レスポンス受信部１３８が所定時間内に複数のレスポンスを受信した場合は、その各ＩＤを通信路確立部１４０に順次通知し、通信路確立部１４０が、その各送信元の船舶の通信端末との間に通信路を順次確立して、その各ＩＤを通信路を確立した順番と共に記憶する。それによって、順番が早い通信路を優先して使用できるようにする。

データ送受信部１４２は、制御部１４８がＥＣＵ８４と通信して準備した自船の各種データを、通信路確立部１４０が確立した通信路を介して基地局宛に送信する。また、基地局から送信される自船宛の各種データを、確立した通信路を介して受信して制御部１４８に渡す。

コマンド受信部１４４は、他船が通信ネットワークの構築を開始する場合に、他船の通信端末が送信する基地局との接続を要求する接続要求コマンドを受信すると、その接続要求コマンドに付加されているＩＤによってその発信元を判別して、レスポンス送信部１４６に通知する。それによって、レスポンス送信部１４６がそのＩＤが示す発信元に対して接続要求ＯＫのレスポンスを送信する。

そして、コマンド受信部１４４またはレスポンス送信部１４６が通信路確立部１４０にそのＩＤを通知し、通信路確立部１４０がそのＩＤが示す発信元の通信端末との間の通信路を確立し、そのＩＤを記憶する。制御部１４８は、これらの各部を統括的に制御する。

以下、図７のフロー・チャートを参照して、上述のように構成された通信端末１２０によるこの発明に係る動作の流れを説明する。なお、図７および以下の説明において、処理ステップを「Ｓ」と略記する。また、図７において、各判断処理結果の肯定を「ＹＥＳ」、否定を「ＮＯ」で示している。２か所のターミナル「Ａ」は流れ線の接続箇所を示している。

通信端末１２０の電源スイッチが投入されて通信端末１２０が動作を開始すると、先ず、Ｓ１５０で通信ネットワーク構築指示がなされているかを判断する。自船が通信ネットワークの構築を開始する場合は、操船者が図５に示した操作部１２８の通信ネットワーク構築開始ボタンを押すなどによってそれを指示する。その指示の有無を図６に示した制御部１４８がチェックして、図７におけるＳ１５０の判断をする。

通信ネットワーク構築指示がなされていれば、Ｓ１５０で肯定と判断し、Ｓ１５２へ進み、基地局との接続を要求する接続要求コマンドに自己のＩＤを付加して送信する。その送信は、通信可能範囲に在るどの船舶の通信端末でも受信できるようにブロードキャスト送信するとよいが、前述したように適宜宛先を指定して送信してもよい。

その後Ｓ１５４へ進み、所定時間内に他船の通信端末から接続要求ＯＫのレスポンスを受信したか否かを判断し、受信するとＳ１５４で肯定と判断してＳ１５６へ進む。そして、受信したレスポンスに付加されていたＩＤによってその送信元（接続コマンドの受信元）を判別して、レスポンスを送信した船舶の通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立し、そのＩＤを記憶する。

このＳ１５４とＳ１５６の処理を所定時間繰り返して、その間に複数のレスポンスを受信した場合は、その各レスポンスを送信した船舶の通信端末との間に同様な通信路を順次確立することができる。図７ではその繰り返し処理の流れは図示を省略している。その場合は所定時間経過後にＳ１５８へ進む。また、最初に受信できたレスポンスの送信元の船舶の通信端末との間にだけ通信路を確立して、Ｓ１５８へ進むようにしてもよい。

Ｓ１５４で所定時間内にレスポンスを受信しなかった場合も、否定と判断してＳ１５８へ進む。通信ネットワーク構築指示がなされていなかった場合は、Ｓ１５０で否定と判断し、Ｓ１５２〜Ｓ１５６をスキップしてＳ１５８へ進む。Ｓ１５８〜Ｓ１６４は、他船が通信ネットワーク構築を開始した場合の処理である。

Ｓ１５８では、基地局との接続を要求する接続要求コマンドを受信したか否かを判断する。受信していなければ否定と判断してＳ１６６へ進むが、受信していれば肯定と判断してＳ１６０へ進み、その接続要求コマンドの送信元の船舶に接続要求ＯＫのレスポンスを送信する。そして、Ｓ１６２に進んで、接続要求コマンド送信元の船舶の通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立して、その通信端末のＩＤを記憶する。

その後、Ｓ１６４へ進んで自船の位置情報をチェックし、自船が基地局と通信可能な圏内に在るか否かを判断する。圏内に在る場合は肯定と判断してＳ１６６へ進む。圏内に在る場合は、基地局との通信路が確立されているので、それ以上他船との新たな通信路を確立する必要がないためである。

自船が圏内にない場合は、Ｓ１６４で否定と判断し、Ｓ１５２へ戻って前述と同様に、基地局との接続を要求する接続要求コマンドを送信する。その後、Ｓ１５４とＳ１５６で所定時間内にレスポンスを受信できた場合に、そのレスポンスを送信した船舶との間に通信路を確立する。そして、Ｓ１５８へ進んで、接続要求コマンドを受信していなければＳ１６６へ進み、受信していればＳ１６０へ進んで前述の処理を繰り返す。

Ｓ１６６〜Ｓ１７０は、自船のデータを基地局へ送信する場合の処理である。先ず、Ｓ１６６で自船データ送信指示があったか否かを判断する。自船データ送信指示は、操船者が図５に示した操作部１２８から指示することができる。また、特定の情報が発生したとき、あるいは予め設定した時刻や時間経過などによって自動的に自船データ送信指示を行うこともできる。

自船データ送信指示があった場合はＳ１６６で肯定と判断し、Ｓ１６８へ進んで通信路が確立されているか否かを判断する。通信路が確立されていなければ否定と判断し、自船データを基地局に送信できないので、Ｓ１７０をスキップしてＳ１７２へ進む。通信路が確立されていれば、Ｓ１６８で肯定と判断してＳ１７０へ進み、確立されている通信路へ自船データを基地局宛に送信する。その後Ｓ１７２へ進む。

自動データ送信指示がなされていなければＳ１６６で否定と判断し、Ｓ１６８およびＳ１７０をスキップしてＳ１７２へ進む。Ｓ１７２〜Ｓ１７８は、基地局から送信されたデータあるいは他船から送信されたデータを、基地局から直接あるいは他船との間に確立された通信路を介して受信する場合の処理である。まず、Ｓ１７２でデータを受信したか否かを判断し、データを受信すれば肯定と判断してＳ１７４へ進む。データを受信していなければ、Ｓ１７２で否定と判断して最初のＳ１５０へ戻る。

Ｓ１７４では受信したデータが自船宛データか否かを判断し、自船宛データであれば肯定と判断して、Ｓ１７６へ進んで受信したデータをメモリに保存した後、最初のＳ１５０へ戻る。したがって、基地局から自船宛のデータが送信され、それを確立された通信路を介して受信した場合は、そのデータを受け取ることができる。

受信したデータが自船宛データでなかった場合は、Ｓ１７４で否定と判断する。この場合は受信したデータが、他船から基地局宛に送信されたデータか、基地局から他船宛に送信されたデータであるから、Ｓ１７８に進んで、受信したデータをその宛先に向けて送信（転送）する。すなわち、この場合はデータ送信の中継をすることになる。その後、最初のＳ１５０へ戻る。

この実施形態の各船舶に搭載された通信端末１２０は、上述した処理を電源がオフにされるまで繰り返し行っている。船舶群を構成する各船舶はそれぞれ個別に航行しているので、相互の位置関係が常に変化している。そのため、基地局にデータを送信したり、基地局に対してサーバが持つデータの送信を要求する場合には、その前に通信ネットワークの構築をやり直した方がよい。その他に、通信路を確立した各船舶の通信端末間での通信も当然行えるが、その説明は省略する。

ところで、船舶群を構成する各船舶は、図３で説明したようにそれぞれＧＰＳ受信機８０を備えており、それがＧＰＳ衛星から送信される船舶の位置を示すＧＰＳ信号を受信し、その受信信号に基づいてＥＣＵ８４が、常に自船の現在位置を検出している。しかし、ＧＰＳ受信機を備えていない船舶や、備えていてもそのＧＰＳ受信機が故障してしまったような場合には、自船の現在位置を知ることができない。

そのような場合に、図４によって説明した実施形態のように、船舶群を構成する各船舶間で相互に通信可能な通信路を確立していれば、近隣の他の複数の船舶からその各位置情報を送信してもらうことによって、自船の現在の位置情報を推測することができる。

その位置情報推測の例を以下に説明する。図８は位置情報推測の一例を説明するための説明図、図９は位置情報推測の他の例を説明するための説明図である。なお、図８および図９と以下の説明では、各船舶を簡略化して単に「船」と記し、その符号をＡ〜ＣまたはＡ〜Ｄとしているが、これらの船は、図１に示した船舶１および図４に示した船舶１Ａ〜１Ｇ等に相当するものである。

また、ＧＰＳ衛星４００からＧＰＳ信号を受信するのはＧＰＳ受信機８０であり、そのＧＰＳ信号によって位置情報を検出するのはＥＣＵ８４であり、その位置情報を送信するのは通信端末１２０であるが、説明を簡単にするため、位置情報が分かる船がそれらを行うこととして説明する。同様に各船から送信される位置情報を受信し、その各位置情報と受信方向の角度差から自船の現在の位置情報を推測するのは通信端末１２０であるが、それらを位置情報が分からない船が行うこととして説明する。

図８に示す例は、位置情報が分からない船Ｃが近隣の２艘の船Ａと船Ｂから位置情報を受信して、自船の現在の位置情報を推測する場合である。

例えば、ある時点で、船ＡがＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信して、現在の位置の緯度が北緯１１度１１分１１．１１１秒、経度が東経１１１度１１分１１．１１１秒であることを知り、その位置情報を船Ｃに向けて送信する。同時に、船Ｂも衛星からのＧＰＳ信号を受信して、現在の位置の緯度が北緯９度９分０９．０００秒、経度が東経１２２度２２分２２．２２２秒であることを知り、その位置情報を船Ｃに向けて送信する。

その船Ａおよび船Ｂの各位置情報を、船Ｃが指向性アンテナを備えた通信端末でそれぞれ受信し、その各位置情報と受信した方向の角度差α（指向性アンテナの回転角度の差による）とから、自船の現在の位置情報を、例えば緯度が北緯１２度１２分１２．１２０秒、経度が東経１３３度１３分３３．３３３秒であると推測することができる。

図９に示す例は、位置情報が分からない船Ｄが近隣の３艘の船Ａ、船Ｂ、船Ｃから位置情報を受信して、自船の現在の位置情報を推測する場合である。

例えば、ある時点で、船ＡがＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信して、現在の位置の緯度が北緯１１度１１分１１．１１１秒、経度が東経１１１度１１分１１．１１１秒であることを知り、その位置情報を船Ｄに向けて送信する。同時に、船Ｂも衛星からのＧＰＳ信号を受信して、現在の位置の緯度が北緯９度９分０９．０００秒、経度が東経１２２度２２分２２．２２２秒であることを知り、その位置情報を船Ｄに向けて送信する。同時に、船Ｃも衛星からのＧＰＳ信号を受信して、現在の位置の緯度が北緯１０度１０分１０．１００秒、経度が東経１４４度１４分４４．４４４秒であることを知り、その位置情報を船Ｄに向けて送信する。

その各位置情報を、船Ｄが指向性アンテナを備えた通信端末でそれぞれ受信し、その各位置情報と受信した方向の角度差α，β（それぞれ指向性アンテナの回転角度の差による）とから、自船の現在の位置情報を、例えば緯度が北緯１２度１２分１２．１２０秒、経度が東経１３３度１３分３３．３３３秒のように推測することができる。

図８における船Ｃおよび図９における船Ｄに搭載される通信端末は、他船のうちの複数の船舶の通信端末から送信される各船舶の位置情報をそれぞれ指向性アンテナによって受信して、その各位置情報を取得すると共に該各位置情報の受信角度差を検出する位置情報受信部と、該位置情報受信部によって取得した各位置情報と検出した受信角度差とによって、自船の位置情報を推測する位置情報推測部とを有している。

図５に示した通信端末１２０では、その位置情報受信部は図６に示した無線通信部１３０のデータ送受信部１４２の機能として有し、位置情報推測部は制御部１４８（図５に示したＣＰＵ１２２、ＲＯＭ１２４、ＲＡＭ１２６によるマイクロ・コンピユータ）の機能として有する。

上述した如く、この実施形態にあっては、海上２を航行する自船（図４の例では船舶１Ａ）と複数艘の他船（図４の例では１Ｂ〜１Ｇ）からなる船舶群の各船舶１Ａ〜１Ｇにそれぞれ搭載された無線データ通信用の通信端末１２０によって、自船１Ａから基地局２００に通信するための通信ネットワーク構築方法であって、自船１Ａの通信端末１２０が、他船のうちの少なくとも基地局２００と通信可能な圏内２００ａに存在する船舶１Ｇを含む船舶１Ｂ〜１Ｇの通信端末１２０との間で通信ネットワークを構築して相互に通信可能な通信路を確立すると共に、自船１Ａの通信端末はその確立された通信路を介して基地局２００と通信する如く構成した。それによって、各船舶に搭載する通信端末に電波強度の強い無線端末を使用する必要がないので安価になる。しかも、自船が基地局２００から離れていても、リアルタイムで基地局とデータの送受信が可能である。

また、前記通信ネットワークを構築する際に、自船１Ａと基地局２００と通信可能な圏内に存在する船舶１Ｇおよび該船舶１Ｇと自船１Ａとの間に介在する船舶１Ｂ，１Ｆ等のそれぞれ通信端末間で、送信元の通信端末から接続要求コマンドを送信し、該接続要求コマンドを受信した受信元の通信端末が前記送信元の通信端末に接続要求ＯＫのレスポンスを送信し、該送信元の通信端末が該レスポンスを受信することによって前記受信元の通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立することを順次行う如く構成した。それによって、自船１Ａと基地局２００と通信可能な圏内に存在する船舶１Ｇとの間の通信ネットワークを、素早く確実に構築することができる。

前記船舶群の各船舶１Ａ〜１Ｇのすべての通信端末間で、直接または他の船舶の通信端末を介して相互に通信可能な通信路を確立する如く構成すれば、船舶群を構成する船舶１Ａ〜１Ｇ間で必要に応じて各種のデータを交換することができる。それによって、例えば、ある船舶のＴＡセンサ（吸気温センサ）などの入力デバイスが故障した場合、一番近い船舶の入力値を採用できるため、代替値の精度を高めることができる。また、ある船でフェールセーフ（Ｆ／Ｓ）が働いたとき、近くの船が素早く救助に行くこともできる。

この発明による通信端末の実施形態にあっては、海上を航行する自船と複数艘の他船からなる船舶群の各船舶１Ａ〜１Ｇにそれぞれ搭載される無線データ通信用の通信端末１２０であって、陸上の基地局２００への接続を要求する接続要求コマンドを他船の通信端末１２０に対して送信するコマンド送信部１３６と、その接続要求コマンドの送信後に、他船のいずれかの通信端末１２０から送信される接続要求ＯＫのレスポンスを受信するレスポンス受信部１３８と、そのレスポンス受信部１３８が前記レスポンスを受信した場合に、そのレスポンスを送信した通信端末１２０との間に相互の通信路を確立する通信路確立部１４０と、他船のいずれかの通信端末１２０から送信される接続要求コマンドを受信するコマンド受信部１４４と、そのコマンド受信部１４４が接続要求コマンドを受信した場合に、その接続コマンドを送信した通信端末１２０に対して接続要求ＯＫのレスポンスを送信すると共に、コマンド送信部１３６に接続要求コマンドを送信させるレスポンス送信部１４６と、前記通信路を確立した船舶１Ｂ，１Ｆおよび基地局２００と通信可能な圏内に存在する船舶１Ｇの各通信端末１２０を介して基地局２００と通信してデータを送受信するデータ送受信部１４２とを有する如く構成した。上記船舶群の各船舶１Ａ〜１Ｇにそれぞれこの通信端末を搭載することによって、上述した通信ネットワークを素早く確実に構築することができる。

さらに、位置情報が分からない船舶（図８の船Ｃあるいは図９の船Ｄ）の通信端末１２０が、複数の船舶（図８の船Ａ，Ｂ、あるいは図９の船Ａ，Ｂ，Ｃ）の各通信端末１２０から送信される各船舶の位置情報を、それぞれ指向性アンテナによって受信して、その各位置情報を取得すると共に該各位置情報の受信角度差（αまたはα，β）を検出する位置情報受信部（図６のデータ送受信部１４２の機能）と、その位置情報受信部によって取得した各位置情報と検出した受信角度差とによって、自船の位置情報を推測する位置情報推測部（図６の制御部１４８の機能）とを有する如く構成すれば、ＧＰＳ受信機を備えていないか故障して位置情報が分からない船舶も、近隣の他の複数の船舶からその各位置情報を送信してもらうことによって、自船の現在の位置情報を推測することができる。

上述した通信端末１２０のハードウエアとして、スマートフォンや携帯電話、タブレット端末、ＰＤＡ、携帯型パソコン等の各種のデータ通信可能な端末装置を利用することができる。その場合、その端末装置のＣＰＵが無線通信部等を制御して、図７に示したフロー・チャートによって説明した処理を実行できるように、そのプログラムをＲＯＭ等の内部メモリに格納しておくことが必要である。

以上、この発明の実施形態について説明してきたが、その実施形態の各部の具体的な構成や処理の内容等は、そこに記載したものに限るものではない。また、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記載された技術的特徴を有する以外は、何ら限定されるものではないことは言うまでもない。さらに、以上説明してきた実施形態の構成例および動作例等は、適宜変更または追加したり一部を削除してもよく、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施することも可能であることは勿論である。

１，１Ａ〜１Ｇ（小型）船舶、２ 海上、２ａ 所定海域、４ 陸上、１０ 船外機（１０Ａ 第１船外機、１０Ｂ 第２船外機）、１２ 船体、１２ａ 船尾、１２ｂ 船首、３０ エンジン（内燃機関）、６０ プロペラ、８０ ＧＰＳ受信機、８２ 方位センサ、８４ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、９０ 操縦席、９２ ステアリングホイール、９６ ダッシュボード、１２０ 通信端末、１３０ 無線通信部、２００ 基地局、２００ａ 基地局と通信可能な圏内、３００ クラウド、３１０ サーバ、４００ ＧＰＳ衛星

Claims (5)

1. 海上を航行する自船と複数艘の他船からなる船舶群の各船舶にそれぞれ搭載された無線データ通信用の通信端末によって前記自船から陸上の基地局に通信するための通信ネットワーク構築方法であって、
   前記自船の前記通信端末が、前記他船のうちの少なくとも前記基地局と通信可能な圏内に存在する船舶を含む船舶の前記通信端末との間で通信ネットワークを構築して相互に通信可能な通信路を確立すると共に、前記自船の通信端末は前記確立された通信路を介して前記基地局と通信することを特徴とする海上における通信ネットワーク構築方法。
2. 前記通信ネットワークを構築する際に、前記自船と前記基地局と通信可能な圏内に存在する船舶および該船舶と前記自船との間に介在する船舶のそれぞれ前記通信端末間で、送信元の通信端末から接続要求コマンドを送信し、該接続要求コマンドを受信した受信元の通信端末が前記送信元の通信端末に接続要求ＯＫのレスポンスを送信し、該送信元の通信端末が該レスポンスを受信することによって前記受信元の通信端末との間に相互に通信可能な通信路を確立することを順次行うことを特徴とする請求項１記載の海上における通信ネットワーク構築方法。
3. 前記船舶群の各船舶のすべての前記通信端末間で、直接または他の船舶の通信端末を介して相互に通信可能な通信路を確立することを特徴とする請求項１または２記載の海上における通信ネットワーク構築方法。
4. 海上を航行する自船と複数艘の他船からなる船舶群の各船舶にそれぞれ搭載される無線データ通信用の通信端末であって、
   陸上の基地局への接続を要求する接続要求コマンドを前記他船の通信端末に対して送信するコマンド送信部と、
   該接続要求コマンドの送信後に、前記他船のいずれかの通信端末から送信される接続要求ＯＫのレスポンスを受信するレスポンス受信部と、
   該レスポンス受信部が前記レスポンスを受信した場合に、該レスポンスを送信した通信端末との間に相互の通信路を確立する通信路確立部と、
   前記他船のいずれかの通信端末から送信される接続要求コマンドを受信するコマンド受信部と、
   該コマンド受信部が前記接続要求コマンドを受信した場合に、該接続要求コマンドを送信した通信端末に対して接続要求ＯＫのレスポンスを送信すると共に、前記コマンド送信部に接続要求コマンドを送信させるレスポンス送信部と、
   前記通信路を確立した通信端末および前記基地局と通信可能な圏内に存在する船舶の通信端末とを介して前記基地局と通信してデータを送受信するデータ送受信部と
   を有することを特徴とする通信端末。
5. 前記他船のうちの複数の船舶の通信端末から送信される各船舶の位置情報をそれぞれ指向性アンテナによって受信して、その各位置情報を取得すると共に該各位置情報の受信角度差を検出する位置情報受信部と、該位置情報受信部によって取得した前記各位置情報と検出した前記受信角度差とによって、自船の位置情報を推測する位置情報推測部とを有することを特徴とする請求項4記載の通信端末。
   

Images